[發(fā)明專利]合金結(jié)構(gòu)鋼油田鉆采工具在硫化氫惡劣環(huán)境下防脆斷熱處理工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210125326.8
• 申請日: 2012-04-26
• 公開（公告）號: CN103374683A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范偉光;李學(xué);陳明旭;邊建杰;高慶生;李坤運;王德倉;劉永宏;陳現(xiàn)義;許建國;曹英杰;黃周林;王濤;劉建軍;李愛民
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C22C38/22
• 分類號: C22C38/22;C21D1/18
• 代理公司: 吉林省長春市新時代專利商標(biāo)代理有限公司 22204
• 代理人: 石岱

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及油田鉆采工具的熱處理工藝，具體的說是一種新型優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼油田鉆采工具在硫化氫惡劣環(huán)境下防脆斷熱處理工藝。

背景技術(shù)

用于石油鉆探行業(yè)的井下工具都需要在幾千米深的復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，承載著很大的扭矩、彎曲變形，所以鉆采工具必須用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼制成，按國家標(biāo)準(zhǔn)，其強度、硬度、韌性都有很高的要求，因此生產(chǎn)中優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分、熱處理工藝是關(guān)鍵。

近些年，隨著油氣田的不斷開發(fā)，井下的作業(yè)環(huán)境更為復(fù)雜；特別是在硫化氫環(huán)境下作業(yè)的工具，經(jīng)常出現(xiàn)氫脆斷裂，造成很大損失，嚴(yán)重制約合金結(jié)構(gòu)鋼在硫化氫環(huán)境下的作業(yè)。我國對在硫化氫環(huán)境下油田鉆采工具用鋼的研究起步較晚，目前還沒有一種結(jié)構(gòu)鋼能在硫化氫惡劣的環(huán)境下長期服役，國外也很少報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服合金結(jié)構(gòu)鋼油田鉆采工具在硫化氫環(huán)境下作業(yè)容易出現(xiàn)氫脆斷裂的缺點和不足，提高合金結(jié)構(gòu)鋼工具抗腐蝕能力，提供一種合理、合格、規(guī)范便于操作的合金結(jié)構(gòu)鋼工具的化學(xué)成分、熱處理工藝，提高合金結(jié)構(gòu)鋼工具抗硫化氫腐蝕能力，防止氫脆斷裂。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，在硫化氫環(huán)境下，油田鉆采工具用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分為：：C:0.34-0.43﹪,Si:?0.17-0.37﹪,Mn:?0.40-0.90﹪,Cr：0.80-1.20﹪，Mo:?0.15-0.25﹪,S≤0.0350﹪,P≤0.035﹪。

所述合金結(jié)構(gòu)鋼油田鉆采工具的熱處理工藝包括淬火、亞穩(wěn)態(tài)淬火、回火等步驟，具體如下：

1、將用合金結(jié)構(gòu)鋼制作的油田鉆采工具表面清理干凈、除去油污以防影響熱處理效果。

2、淬火、回火

①、在840℃溫度下加熱、保溫，然后用20號機油淬火，油溫≤35℃，再進(jìn)熱處理爐用200℃保溫回火2小時，淬火后的硬度≧HRC46,顯微組織為：馬氏體+殘留奧氏體，淬火后工具在2小時內(nèi)立即回火。

②、將經(jīng)淬火、回火后的油田鉆采工具在780℃下加熱、保溫，然后再次用20號機油進(jìn)行亞穩(wěn)態(tài)淬火，油溫≤35℃，再進(jìn)熱處理爐用710℃保溫回火4小時，經(jīng)上述處理后的工具硬度≤HB228，顯微組織為：回火索氏體+鐵素體，晶粒度細(xì)化到10.2?μm，晶粒度級別為10.0～10.5級，延伸率為:15.0%，斷面收縮率為:33.27%，屈服強度:σ_s≧980MPa，亞穩(wěn)態(tài)淬火后工具在2小時內(nèi)立即回火。

3、熱處理后的工具，進(jìn)行力學(xué)性能、顯微組織、抗硫化氫腐蝕性能檢驗，合格后入庫，性能檢驗指標(biāo)如下：

①、硬度≤HRC22.?延伸率為:δ（%）≥19.0%、，斷面收縮率為:φ（%）≥38.57%，屈服強度:σ_s≧1100MPa

②、顯微組織為：回火索氏體+針狀鐵素體。晶粒度細(xì)化到10.2?μm，晶粒度級別為10.0～10.5級。

③、抗硫化氫腐蝕性能檢驗,在動態(tài)充氫電流密度為150???????????????????????????????????????????????條件下，延伸率為：：δ（%）≥15.5%、，斷面收縮率為：φ（%）≥33.27%，屈服強度為：σ_s≥?980MPa。

本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，熱處理操作步驟規(guī)范、工藝合理，產(chǎn)品除能滿足石油部轉(zhuǎn)桿接頭的硬度、強度、延伸率、沖擊功等力學(xué)性能要求外，在高硫化氫環(huán)境下表現(xiàn)出很強的抗硫化氫腐蝕能力以防止氫脆斷裂，產(chǎn)品滿足在高硫化氫環(huán)境下油田鉆采工具用鋼的使用性能要求。

具體實施方式：

在硫化氫環(huán)境下，油田鉆采工具用優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分為：?C:0.34-0.43﹪,Si:?0.17-0.37﹪,Mn:?0.40-0.90﹪,Cr：0.80-1.20﹪，Mo:?0.15-0.25﹪,S≤0.0350﹪,P≤0.035﹪。

所述合金結(jié)構(gòu)鋼油田鉆采工具的熱處理工藝包括淬火、亞穩(wěn)態(tài)淬火、回火等步驟，具體如下：

1、將用合金結(jié)構(gòu)鋼制作的油田鉆采工具表面清理干凈、除去油污以防影響熱處理效果。

2、淬火、回火

①、在840℃溫度下加熱、保溫，然后用20號機油淬火，油溫≤35℃，再進(jìn)熱處理爐用200℃保溫回火2小時，淬火后的硬度≧HRC46,顯微組織為：馬氏體+殘留奧氏體，淬火后工具在2小時內(nèi)立即回火。